2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of ferroelectric b-axis-orientated lead-free film with robust design against abnormal heat
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17K05063
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
明石 孝也 法政大学, 生命科学部, 教授 (20312647)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 二チタン酸バリウム / 薄膜 / 高温 / 電気泳動堆積法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
BaTiO3強誘電体マトリックスにBaTi2O5高温用強誘電体粒子を配向分散させ、温度に対して強靭な強誘電体薄膜を作製するため、（１）BaTi2O5-BaTiO3コンポジット薄膜作製時の亀裂発生を抑制すること、（２）コンポジット薄膜において、高い誘電率を示すb軸方向にBaTi2O5粒子を配向させることの２点に重点を置いて研究を遂行した。そのための薄膜作製方法としては、主に２つの方法を採用して、研究を進めた。
まず、準安定相のBaTi2O5粒子を合成するための手段としては、固相反応法よりも急冷凝固法の方が適していることを見出した。また、合成したBaTi2O5粒子への分極処理も行うことにより、結晶配向性が高まることも確認した。
１つ目の薄膜作製方法として、電気泳動堆積法によりBaTi2O5粒子膜を基板上に形成させた後に、BaTiO3前駆体溶液のスピンコートを行う方法を遂行した。この方法によって作製した膜の誘電率は620℃まで上昇し続け、高いキュリー点を有していることを示唆した。また、この薄膜は室温で強誘電性ヒステリシスループを描き、温度に対して強靭な強誘電性薄膜を作製できたことを明らかにした。しかし、b軸配向度は低く、当初目標にしていた配向度80%に及ばなかった。
２つ目の成膜方法として、BaTi2O5粒子を懸濁させたBaTiO3前駆体溶液を用いて、電気泳動による成膜を行う方法も採用した。この成膜方法では、ゾル-ゲル法と電気泳動堆積の両方の特徴を活かした独自の装置設計を開発した。独自設計の装置を用いて、前駆体溶液の調整と電気泳動時の電圧制御を行うことにより、コンポジット薄膜作製時の亀裂発生を抑制することに成功した。この独自の装置設計は本研究課題の成果の一つであり、今後の展開が大いに期待できる。
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